Prawdziwe bogactwo mechaniki kwantowej ujawnia się przy

Nr wniosku: 152701, nr raportu: 5921. Kierownik (z rap.): mgr Bogna Teresa Bylicka
Prawdziwe bogactwo mechaniki kwantowej ujawnia się przy rozważaniu układów
złożonych, kiedy to istnienie korelacji nabiera znaczenia. Korelacje kwantowe, niemające
swoich odpowiedników w świecie klasycznym, są niezwykle istotne, gdyż stanowią podstawę i są odpowiedzialne za zwiększenie wydajności protokołów kwantowych. Przez długi czas korelacje kwantowe utożsamiano ze splątaniem kwantowym, które to są głównym
zasobem umożliwiającym potencjalne praktyczne zastosowania technologii kwantowych,
takich jak teleportacja kwantowa, gęste kodowanie czy algorytmy kwantowe. Okazuje
się jednak, że nawet stany separowalne (niesplątane) mogą posiadać pewne korelacje
kwantowe — dyskord kwantowy. Jest on niezbędnym elementem takich kwantowych
protokołów jak kryptografia kwantowa czy metrologia kwantowa. Dlatego wiedza o korelacjach zawartych w danym układzie kwantowym jest niezwykle ważna. W ramach tego
projektu udało nam się rozwiązać problem wykrywania dyskordu w szerokiej klasie stanów cyklicznych. Zidentyfikowaliśmy również klasę stanów o tzw. super silnej dodatniej
częściowej transpozycji (SSPPT) złożoną jedynie ze stanów separowalnych.
W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie technologiami kwantowymi co oznacza
konieczność zmierzenia się z problemem realizacji protokołów kwantowych w warunkach
rzeczywistych czyli uwzględnienie kwantowej teorii układów otwartych. Najnowsze badania pokazują, że efekt pamięci (obecny jedynie w dynamice niemarkowowskiej) może
mieć pozytywny wpływ na wydajność pewnych protokołów kwantowych, jednak mimo
usilnych starań nie ma dotychczas ogólnej teorii łączącej bezpośrednio dynamikę niemarkowowską ze wzrostem wydajności protokołów kwantowych. W ramach tego projektu
udało nam się zidentyfikować kluczowe cechy dynamiki niemarkowowskiej, które pozwalają na ”odrodzenie się” pojemności kanałów kwantowych. W efekcie może okazać się,
że dla dłuższego kanału jego pojemność jest większa niż dla krótszego, co nigdy nie ma
miejsca w przypadku kanałów markowowskich. Dlatego jeśli wiemy, że kanały kwantowe opisujące dany protokół są niemarkowowskie, warto sprawdzić, czy zastosować kanał
o minimalnej wymaganej długości, czy może lepiej wydłużyć go trochę i dzięki temu
uzyskać wyższą wydajność protokołu.
Tak więc, planując realizację danego protokołu kwantowego musimy zaakceptować
fakt, że układ w którym kodujemy informację ulega pewnemu zaszumieniu w skutek
oddziaływania z konkretnym rezerwuarem. To oddziaływanie jest niemożliwe do usunięcia, jednak niedawne osiągnięcia w dziedzinie inżynierii rezerwuarów pozwalają na
modyfikację parametrów charakteryzujących ten rezerwuar, dzięki czemu mamy wpływ
na dynamikę układu otwartego (m. in. na stopień niemarkowowskości). Analizując pewne modele dekoherencji oraz tłumienia amplitudy udało nam się pokazać, że istnieje
taki dobór parametrów, aby pojemność kanału kwantowego po pewnym czasie osiągała stałą wartość różną od zera. Jest to sytuacja najbardziej pożądana, gdyż umożliwia
przesyłanie informacji na dowolnie duże odległości.
1